在显微镜下/ William Reville教授:科学界是观察的奴隶。不管有多困难,所有的假定和理论都应该与通过观察自然界后获得的资料相适应。经过400年的研究,科学界已经掌握了很多自然界知识,但似乎还有无限的领域等我们去开发。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(1)

例如,科学界几乎不了解由30%暗物质和65%暗能量组成的95%的宇宙。虽然科学界能对暗物质作出智慧的猜测,但对他们来说自然界暗能量仍保留着完全的神秘。

自1933年来,科学界就已经对暗物质有所了解。其中一则重要的证据就是星星在漩涡星系中围着星系中心旋转。通过观察可以清楚星系中存在着大量不可见的物质,这就是星系的暗物质,如此称呼它是因为它无法被直接探测到。暗物质是电中性的,不发出光或其他电磁辐射。然而,它会因重力而受其他物质所吸引。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(2)

我们身边的世界是由92种不同的原子所组成,但只有5%的宇宙是由这些原子组成,剩下95%由暗物质及暗能量组成。无人知晓自然界的暗物质。我们身边的原子是由质子、中子、电子这些基本粒子构成。这些粒子无法构成暗物质,因为算法显示大爆炸时期几乎没有产生出足以构成暗物质的粒子。许多科学家才发现这些称作中子的影子似的粒子极大量的出现在宇宙中,能稍微与其他形式的物质相互作用,并构成了大量的暗物质。然而,现在估计中子构成的宇宙暗物质超不过0.3%。在早期宇宙,中子由于移动速度过快而无法融入稳定的宇宙结构,因而被分类为“热”暗物质。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(3)

暗物质基本性质一定是“冷”的,因为目前尚未发现的粒子在形成时移动速度较慢。标准的基础粒子模型不包含冷性暗物质,但模型的发展暗示着一些与冷性暗物质相合理的粒子存在。

一种称为超对称性的发展,假设了每个已知的基本粒子都有一个由更重更迟钝的“超级伴侣”组成的新家庭。这个超级伴侣——中子,被假定为基本暗物质粒子。它没有任何电荷,不受电磁力影响。理论算法估计在大爆炸时期形成的中子总质量与被推断出存在于宇宙中的暗物质质量相吻合。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(4)

到现在仍没有人能探测到暗物质。现今几个探测暗物质的研究项目仍在世界不同地方进行着。虽然大多数假定的中子会在没有相互作用的情况下穿过检测面板,但总有偶然的一个中子会与检测面板上的原子核发生碰撞,将自己的一点能量传送到那颗原子核身上。被激发的原子核将迅速释放出吸收到的能量,这些能量将被探测器记录下来。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(5)

我们可以把星系中的暗物质设想为一团浑浊的气体,这团中子气体以每秒220公里的速度穿越太阳系。虽然每一秒就有十亿个暗物质粒子穿越一平方米,但中子与其他普通物质的相互作用程度很低——每天每千克0.0001至0.1次相互作用。能够检测如此低相互作用率的仪器现在才开始投入使用。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(6)

检测仪器遇到的主要困难是该如何屏蔽虚假的背景效果。探测器所使用的金属中含有微量放射性物质。地球沐浴着宇宙射线,这些射线在探测器中记录的信号与中子相同。为了鉴定这些暗物质,这些不需要的背景必须要减少成千上万倍。通过净化金属可以减少放射性背景,再将探测器深埋于地底下,宇宙射线就可以被屏蔽。

单独选出一个特别的中子信号是很困难的。所幸的是,信号强度应该会在夏天与冬天有所不同,这将有利于检测中子信号。我们的太阳系围绕着银河系中心旋转,同时地球绕着太阳旋转。当太阳系穿过暗物质的时候经历了一阵“头顶上的风”,例如,地球绕着太阳转,这意味着在北半球夏季的头顶风会比冬季更大。因此夏天时的暗物质信号应该比冬天时的更强。背景效果并不会随着季节变化而变化。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(7)

暗能量直到1998年天文学家观测到遥远星系中的爆炸恒星时才进入人们的视野。他们发现这些超新星比它们应所在的位置更加远。研究结果揭示了一股神秘力量正在与重力起反作用,导致星系之间正已越来越高的速度相互远离。这股无人知晓的神秘力量被称为暗能量。

宇宙存在神秘的力量(宇宙中无人知晓的神秘力量)(8)

这让人想起英国著名生理学家JBS Haldane说过的话:“在我看来,宇宙不仅比我们现在所想象的更古怪,而且比我们将来能想象的还要古怪。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. irishtimes-郑佩瑜-

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